लॉस एलामोस और QC Ware ने IBM हार्डवेयर पर सैंपल-आधारित डायगोनलाइज़ेशन से आयरन ऑक्साइड का मॉडल बनाया
LANL और QC Ware का प्रीप्रिंट ibm_miami पर सैंपल-आधारित क्वांटम डायगोनलाइज़ेशन से FeO और Fe2O2 मॉडलों की ग्राउंड स्टेट निकालता है, जहाँ अकेला VQE पर्याप्त नहीं था।
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Los Alamos National Laboratory और क्वांटम सॉफ़्टवेयर कंपनी QC Ware के शोधकर्ताओं ने दिखाया है कि एक हाइब्रिड क्वांटम-क्लासिकल विधि आयरन ऑक्साइड के छोटे मॉडलों को कैसे संभालती है, जो ऐसे पदार्थों का वर्ग है जिनका पारंपरिक सिमुलेशन से मॉडल बनाना कठिन है। 26 अक्टूबर को प्रकाशित प्रीप्रिंट Towards Quantum Computation of Bulk FeO में छह लेखक FeO अणु और समचतुर्भुज आकार के Fe₂O₂ डाइमर का अध्ययन क्लासिकल एग्ज़ैक्ट डायगोनलाइज़ेशन, Variational Quantum Eigensolver (VQE) और सैंपल-आधारित क्वांटम डायगोनलाइज़ेशन (Sample-based Quantum Diagonalization, SQD) से करते हैं।
क्या घोषणा हुई
शोधपत्र के लेखकों में लॉस एलामोस के पाँच और QC Ware का एक शोधकर्ता है। सारांश के अनुसार, अकेला VQE दोनों में से किसी भी अणु की ग्राउंड स्टेट के लिए रासायनिक सटीकता तक नहीं पहुँचा। इसके विपरीत, दो "कनेक्टिविटी शेल" वाले SQD ने दोनों की सटीक ग्राउंड-स्टेट ऊर्जा निकाली, और लेखकों के अनुसार इसके लिए आश्चर्यजनक रूप से कम क्वांटम कंप्यूटिंग संसाधन लगे। इस विधि ने प्रयोगों से ज्ञात FeO की क्विंटेट ग्राउंड स्टेट को दोहराया और Fe₂O₂ के लिए नोनेट ग्राउंड स्टेट पाई।
तकनीकी विवरण
Quantum Computing Report कार्य-प्रवाह का वर्णन करता है। टीम ने घनत्व फ़ंक्शनल सिद्धांत (DFT) की गणनाओं से प्राप्त स्थानीयकृत Wannier फ़ंक्शनों से बहु-ऑर्बिटल d–p टाइट-बाइंडिंग हैमिल्टनियन बनाए। सर्किट में केवल निकटतम पड़ोसी कनेक्टिविटी वाले एक-परत Local Unitary Cluster Jastrow (LUCJ) एंसाट्ज़ का उपयोग हुआ, जिससे ग़ैर-स्थानीय SWAP गेट्स का अतिरिक्त भार टल गया। "बंजर पठारों" (barren plateaus) से बचने के लिए सर्किट पैरामीटर क्लासिकल सिमुलेशन में ऑप्टिमाइज़ किए गए, और फिर क्वांटम प्रोसेसर का उपयोग केवल इलेक्ट्रॉनिक विन्यासों के सैंपल लेने के लिए हुआ।
प्रयोग IBM Quantum के ibm_miami सिस्टम पर चलाए गए। QCR के अनुसार, FeO का मॉडल 16 स्पिन-ऑर्बिटल्स में 12 इलेक्ट्रॉनों (16 क्यूबिट) से बना, जिसके छह समानांतर इंस्टेंस 96 क्यूबिट्स पर चले, और Fe₂O₂ का 32 स्पिन-ऑर्बिटल्स में 24 इलेक्ट्रॉनों (32 क्यूबिट) से, तीन समानांतर इंस्टेंस के साथ। प्राप्त बिटस्ट्रिंग्स को सही कण संख्या के आधार पर छाना गया, हैमिल्टनियन के ग़ैर-शून्य तत्वों के ज़रिए विस्तारित किया गया, और बनी छोटी समस्या को क्लासिकल रूप से डायगोनलाइज़ किया गया।
QCR के अनुसार, कच्चे VQE में FeO के लिए लगभग 173 meV की लगातार त्रुटि रही, जो 43 meV की रासायनिक सटीकता सीमा से ऊपर है। दो कनेक्टिविटी शेल के साथ SQD ने 184 डिटरमिनेंट वाले संपीड़ित उप-स्थान में FeO की प्रयोगों में देखी गई क्विंटेट अवस्था निकाली और लगभग 2167 cm⁻¹ की उत्तेजन ऊर्जा दी।
यह क्यों मायने रखता है
बल्क FeO प्रबल रूप से सहसंबद्ध पदार्थों का पाठ्यपुस्तकीय उदाहरण है: QCR बताता है कि मानक घनत्व फ़ंक्शनल सिद्धांत इसे ग़लती से धातु बताता है, जबकि यह वास्तव में कुचालक है। सारांश ज़ोर देता है कि लौह-आधारित पदार्थ भूविज्ञान और खगोल भौतिकी के लिए महत्वपूर्ण हैं और क्लासिकल गणना में कठिन माने जाते हैं। यह काम एक व्यापक रुझान से भी मेल खाता है: आज के शोर-भरे प्रोसेसरों को पूरी गणना सौंपने के बजाय उन्हें मुख्यतः क्लासिकल पाइपलाइन के भीतर सैंपल जनरेटर के रूप में उपयोग करना।
आगे किन बातों पर नज़र रखें
यह काम एक प्रीप्रिंट है और इसकी पीयर रिव्यू नहीं हुई है। अध्ययन किए गए अणु असली लक्ष्य के केवल छोटे प्रतिनिधि हैं। QCR के अनुसार लेखक क्रिस्टल के संवेग-स्थान (मोमेंटम स्पेस) के बिंदुओं पर SQD गणनाओं को बाँटकर आवर्ती बल्क FeO तक पहुँचने का मार्ग बताते हैं; यही असली परीक्षा होगी कि यह तरीक़ा ठोस पदार्थों तक बढ़ सकता है या नहीं।
स्रोत
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